PJI11103-2016-2

Endereço encurtado: http://bit.ly/pji320162

Link cronograma: https://drive.google.com/open?id=1NL4CXMEtKw81K5qVLZCydJ_UR832UxqT38THHOQ4TG4

Diário de aula de PJI - 2016-2 - Prof. Simara Sonaglio

Dados Importantes

Professora: Simara Sonaglio
Email: simara.sonaglio@ifsc.edu.br

Professor: Ederson Torresini
Email: etorresini@ifsc.edu.br

Encontros: quartas e quintas das 18:50 às 22:10 horas.

Diário de aulas

10/08/16: Apresentação da disciplina e discussão do projeto a ser desenvolvido

Aula 1

Itens sugeridos pelos alunos para possível implementação no projeto: Provimento com IP válido via fibra [[1]] [[2]] e redundância via rádio [[3]] [[4]] Controle de acesso [[5]] [[6]] [[7]] Wi-Fi [[8]] [[9]] Combate automatizado a incêndio Sistema de energia com nobreak Câmera de vigilância com acesso remoto Sistema de alarme Backup de dados Acesso remoto ao sistema da empresa Provimento via fibra e par metálico Dispositivos móveis para controle de estoque Acesso a visitantes e colaboradores Servidores de banco de dados Sensores de alarme e presença Identificação facial Serviço de domínio integrado com tag Portão com portal RFID [[10]] Servidor de email Servidor HTTP na nuvem Servidor DHCP Servidor DNS com cache Firewall Proxy com controle por usuário PABX IP com URA Registro na operadora VoIP Wi-Fi para visitantes e para colaboradores com controle de acesso [[11]] [[12]] [[13]] apostila Túnel MPLS com serviços integrados, como VoIP Sistema ERP [[14]] via Web integrado a RFID Câmeras sem fio Banco de baterias CFTV com acesso externo Notificação de recebimento/entrega de carga no galpão Rastreamento por GPS da entrega integrado ao site Antena repetidora GSM

11/08/16: Discussão sobre os itens levantados pelo alunos

Aula 2

Física/Enlace Provimento com IP válido via fibra e redundância via rádio Wi-Fi Sistema de energia com nobreak Provimento via fibra e par metálico Wi-Fi para visitantes e para colaboradores com controle de acesso Banco de baterias Antena repetidora GSM Rede Firewall Túnel MPLS com serviços integrados, como VoIP Aplicações Controle de acesso Combate automatizado a incêndio Câmera de vigilância com acesso remoto Sistema de alarme Backup de dados Acesso remoto ao sistema da empresa Dispositivos móveis para controle de estoque Acesso a visitantes e colaboradores Servidores de banco de dados Sensores de alarme e presença Identificação facial Serviço de domínio integrado com tag Portão com portal RFID Servidor de email Servidor HTTP na nuvem Servidor DHCP Servidor DNS com cache Proxy com controle por usuário PABX IP com URA Registro na operadora VoIP Sistema ERP via Web integrado a RFID Câmeras sem fio CFTV com acesso externo Notificação de recebimento/entrega de carga no galpão Rastreamento por GPS da entrega integrado ao site Levantamento de itens necessários para implantação das soluções propostas: Provimento via fibra Conversores ópticos/elétricos em ambos os lados (OLT e ONT) Fibras Enlace via rádio Antenas no cliente e na operadora Rádios no cliente e na operadora ADSL Par metálico Modens em ambos os lados DSLAM na operadora Concentrador de acesso Servidor RADIUS Wi-Fi com controle de acesso integrado e com ampla área de cobertura APs Mapeamento de áreas de cobertura de cada AP Uso de canais diferentes nos APs Integração servidor RADIUS Integração com LDAP

17/08/16: Discussão sobre os itens levantados pelo alunos

Aula 3
Memória da aula será acrescentada posteriormente

18/08/16: ADSL

Aula 4

Na infraestrutura ADSL, cabem destacar alguns elementos: modem ADSL:O Modem ADSL que temos em casa também é chamado por outro nome: tranceptor. Os engenheiros na companhia telefônica ou no provedor de internet (ISP) o chamam de ATU-R. Independentemente do nome pelo qual é chamado, ele é o ponto em que os dados do computador ou rede do usuário se conectam com a linha DSL. O Modem pode operar basicamente de duas formas: como roteador ou como bridge. Quando funciona como roteador, o modem possui recursos internos para estabelecer a conexão lógica com o AC. Quando funciona como bridge, os recursos necessários para o estabelecimento de uma conexão lógica devem estar instalados no computador, como o protocolo PPPoE. splitter: filtro que separa os sinais de voz e de dados. São usados tanto do lado do assinante quanto no DSLAM. DSLAM (DSL Access Multiplexer): multiplexador de acesso ADSL, que recebe as linhas dos assinantes do lado da operadora. Esse componente faz a intermediação entre os assinantes e a rede de dados da operadora. Dentre suas atribuições, destacam-se a modulação do sinal das linhas dos assinantes, a limitação das taxas de downstream e upstream de acordo com o contratado pelos assinantes, e as conversões de protocolos de enlace (quando necessárias) para a rede da operadora. AC (concentrador de acesso): equipamento que concentra as pontas dos enlaces de dados dos assinantes no lado da rede da operadora. A parte da infraestrutura ADSL dentro da rede de dados da operadora inclui equipamentos DSLAM (muitos deles), um ou mais AC e as redes de comunicação para interligá-los. Note-se que quem dá acesso de fato à Internet é o AC. A figura abaixo ilustra esses componentes. O enlace de dados entre o equipamento do assinante e a rede da operadora pode ser feita de diferentes formas. Esse enlace é visto pelo assinante como seu enlace para a Internet - i.e. ele obtém seu endereço IP fornecido pela operadora. Os tipos de enlace de dados ADSL mais usados são: PPPoE (PPP over Ethernet): cria um enlace ponto-a-ponto com protocolo PPP, cujos quadros são encapsulados em quadros Ethernet. Esta é a forma mais utilizada para assinantes residenciais. PPPoA (PPP over ATM): cria um enlace ponto-a-ponto com protocolo PPP, cujos quadros são encapsulados em mensagens AAL5 da arquitetura ATM. EoA (Ethernet over ATM): cria um enlace Ethernet, cujos quadros são encapsulados em mensagens AAL5 da arquitetura ATM. O enlace PPPoE funciona como se tivesse um link ponto-a-ponto entre o roteador ADSL e um concentrador de acesso (AC). Quer dizer, parece que existe um fio ligando diretamente esses dois equipamentos, apesar de na realidade existir toda uma infraestrutura entre os dois. Isso pode ser visualizado na figura abaixo. Em cada ponta desse link PPPoE há um endereço IP usado pelos respectivos equipamentos. ATIVIDADE 1 Cada equipe deve estabelecer seu enlace WAN usando ADSL. O modem ADSL deve ser configurado para trabalhar em modo PPPoE. Em seguida, fazer as configurações de rede necessárias em uma máquina virtual e fazer testes diversos afim de testar a conectividade de sua rede. Configurações ADSL Cada link ADSL deve ter seu IP dinamicamente configurado, o qual deve ser um IP válido fornecido à equipe pelo provedor (professores). Os seguintes parâmetros dos modems ADSL devem ter estes valores: Port: 0 VPI: 8 VCI: 35 Encapsulamento: LLC/SNAP Modo: PPPoE User: usuario1 Password: senha1 NÃO ativar firewall. Ativar NAT ATIVIDADE 2 Nesta atividade o modem deve ser configurado para operar em modo Bridge e um computador Linux deve ser preparado para user PPPoE. A seguir há uma explicação sobre como realizar as configurações necessárias para estabelecer o enlace PPPoE em computador Linux: Instale o software necessário: sudo apt-get install pppoe Edite o arquivo /etc/ppp/peers/adsl, que deve ficar com este conteúdo: pty "/usr/sbin/pppoe -I eth0 -T 80 -m 1452 -C pji" noipdefault usepeerdns defaultroute hide-password lcp-echo-interval 20 lcp-echo-failure 3 connect /bin/true noauth persist mtu 1492 noaccomp user usuario1 default-asyncmap Edite o arquivo /etc/ppp/chap-secrets e acrescente o seguinte: usuario1 * senha1 Ative o enlace PPPoE executando o seguinte comando: sudo pppd call adsl Faça testes de conectividade PPPoE (PPP over Ethernet) PPPoE define um método para encapsular quadros PPP dentro de quadros Ethernet, e foi definido na RFC 2516. Ele foi criado para facilitar a integração de usuários discados e banda-larga em provedores de acesso (ISP - Internet Service Providers). Além disso, torna mais fácil o controle de acesso, de uso da rede, e contabilização para usuários que a acessam via rede Ethernet. Assim, é possível implantar uma rede em que os usuários, para conseguirem acesso, precisam se autenticar como em um serviço discado. Uma vez obtido o acesso, pode-se também impor limitações de uso de banda de acordo com o usuário. Exemplos de infraestruturas que podem se beneficiar com essa técnica são redes de condomínios e de prédios comerciais. Finalmente, PPPoE é usado como protocolo de enlace em acessos aDSL, ilustrado na figura abaixo. No PPPoE suas PDUs são encapsuladas em quadros Ethernet, usando o ethertype 8863H (estágio de descoberta) ou 8864H (estágio de sessão). Devido ao cabeçalho PPPoE (6 bytes) combinado ao identificador de protocolo do quadro PPP (2 bytes), a MTU em enlaces PPPoE não pode ser maior que 1492 bytes. O quadro PPP é simplificado, não possuindo as flags delimitadoras e os campos Address, Control e FCS. A PDU PPPoE é mostrada a seguir: Em um enlace PPPoE um dos nodos é o host (cliente), e o outro o concentrador de acesso (AC, que tem papel de servidor). O estabelecimento do enlace é iniciado pelo host, que procura um AC e em seguida solicita o início do enlace. Esse procedimento é composto por por dois estágios: Descoberta (Discovery): o cliente descobre um concentrador de acesso (AC) para se conectar. Ocorre uma troca de 4 PDUs de controle: PADI (PPPoE Active Discovery Indication): enviado em broadcast pelo cliente para descobrir os AC. PADO (PPPoE Active Discovery Offer): resposta enviada por um ou mais AC, contendo seus identificadores e nomes de serviços disponíveis (no âmbito do PPPoE). PADR (PPPoE Active Discovery Request): enviado pelo cliente para o AC escolhido, requisitando o início de uma sessão. PADS (PPPoE Active Discovery Session-Confirmation): resposta do AC escolhido. Sessão (Session): nessa etapa são trocados quadros PPP como no estabelecimento de um enlace PPP usual. A sessão pode ser encerrada com a terminação PPP (i.e., via protocolo LCP), ou com a PDU PPPoE PADT (PPPoE Active Discovery Terminate). ATIVIDADE 3 Na Atividade 3 os alunos deverão, em um único grupo, criar o AC da operadora ADSL que será utilizada no projeto. Para isso devem executar nesta máquina que será o AC os seguintes passos: Instalar o pacote no AC: sudo apt-get install pppoe</syntaxhighlight> No AC crie o arquivo /etc/ppp/pppoe-server-options com o seguinte conteúdo: require-chap noauth login lcp-echo-interval 10 lcp-echo-failure 2 ms-dns 200.135.37.65 netmask 255.255.255.0 noipdefault debug kdebug 4 </syntaxhighlight> Crie no AC o arquivo /etc/ppp/chap-secrets com o seguinte conteúdo: usuario1 * senha1 </syntaxhighlight> Crie o arquivo /etc/ppp/faixa-ip no AC com o seguinte conteúdo: 192.168.10X.10-50</syntaxhighlight> Ative o servidor PPPoE no AC: pppoe-server -C pji -L 192.168.10X.200 -p /etc/ppp/faixa-ip -I eth1 </syntaxhighlight> Em máquinas virtuais, testar estabelecer os enlaces PPPoE conforme foi feito na Atividade 2. Veja no tcpdump o tráfego que foi criado durante o estabelecimento do enlace. Qual a sequência de quadros PPPoE trocada entre AC e computador? Observe se foi criada a interface ppp0. Confira o IP que ela está usando, o tipo de encapsulamento e a MTU. Confira também as interfaces ppp no AC, observando as mesmas informações. Tente usar a rede a partir do computador. Primeiro faça ping no AC, e em seguida tente acessar a rede externa. Foi possível? Coloque a máquina AC para rotear e mascarar pacotes. Demais itens configurados A máquina onde foi feito o AC deve fazer a interface entre a rede da "Operadora" e a Internet. Sendo assim, esta máquina precisa rotear pacotes. O roteamento de pacotes nesta máquina pode ser ativado utilizando-se um dos dois comandos a seguir, sendo a primeira forma persistente e a segunda será perdida no boot: sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1 echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward</syntaxhighlight> Esta máquina também deve fazer NAT para trocar IPs privados por IPs públicos. Isto pode ser feito com o seguinte comando: sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o int_saida -j MASQUERADE </syntaxhighlight> Para que estas configurações não sejam perdidas quando a máquina for reiniciada, deve-se inserir estes comandos no arquivo /etc/rc.local

24/08/16: ADSL

Aula 5
Continuação da Aula 4.

25/08/16: LAN

Aula 6

O problema dos ciclos (caminhos fechados) em uma rede local ethernet A interligação acidental de duas portas de um switch cria um ciclo na rede local (loop). Mas isso pode ser feito também de forma intencional, pois em LANs grandes pode ser desejável ter enlaces redundantes, para evitar que a interrupção de um enlace isole parte da rede. A existência de interligações alternativas portanto é algo que pode ocorrer em uma rede local, seja por acidente ou com a finalidade de conferir algum grau de tolerância a falhas na infraestrutura da rede. Um caso em que uma rede possui um ciclo intencionalmente colocado pode ser visto na LAN abaixo: Apesar de desejável em algumas situações, uma topologia de rede com caminhos fechados, como visto na figura acima, não pode ser instalada sem alguns cuidados. Uma rede como essa trancaria devido a um efeito chamado de tempestade de broadcasts (broadcast storm). Isso acontece porque, ao receber um quadro em broadcast, um switch sempre o retransmite por todas as demais portas. Para que a rede acima funcione como esperado, uma ou mais portas de switches precisarão ser desativadas de forma que o caminho fechado seja removido. Ter que fazer isso manualmente tira o sentido de ter tal configuração para tolerância a falhas (e não impede um "acidente" como aquele descrito no início desta secão), por isso foi criado o protocolo STP (Spanning Tree Protocol, definido na norma IEEE 802.1d) para realizar automaticamente essa tarefa. VLAN Os primeiros switches com suporte a VLANs as implementavam de forma legada (i.e. não seguiam um padrão da indústria). Isso impedia que houvesse interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes. Logo a IEEE formou um grupo de trabalho para propor mecanismos padronizados para implantar VLANs, dando origem ao padrão IEEE 802.1q. Os fabricantes de equipamentos de rede o adoataram largamente, suplantando outras tecnologias legadas (ex: ISL e VTP da Cisco). Com isso, VLANs IEEE 802.1q podem ser criadas usando switches de fabricantes diferentes. Atualmente, a implantação de VLANs depende de switches com suporte ao padrão IEEE 802.1q. Assim, verifique quais dos switches do laboratório possuem suporte a VLAN: D-Link DES-526 (manual) Micronet SP 1658B (manual) 3Com 3224 (especificações) Uma VLAN é identificada por um número, chamado VID (VLAN Identifier), sendo que a VLAN com VID 1 é considerada a VLAN default (configuração de fábrica). Em um switch com suporte a VLAN IEEE 802.1q, cada porta possui um (ou mais ...) VID, o que define a que VLAN pertence. Assim, para criar uma VLAN, devem-se modificar os VID das portas de switches que dela farão parte. Por exemplo, em uma pequena rede com duas VLANs as portas dos switches podem estar configuradas da seguinte forma: Além do VID, a configuração da porta de um switch deve especificar o modo de operação da VLAN: tagged: cada quadro transmitido ou recebido por essa porta deve conter o número da VLAN a que pertence. Esse modo é usado normalmente em portas que interligam switches. untagged: quadros que entram e saem pela porta não possuem informação sobre a VLAN a que pertencem. Usado normalmente para conectar computadores e servidores a switches. Esses modos tagged e untagged implicam haver uma forma de um quadro Ethernet informar a que VLAN pertence. Isso é usado para restringir a propagação de quadros, fazendo com que sejam recebidos e transmitidos somente por portas de switches que fazem parte de suas VLANs. O padrão IEEE 802.1q define, entre outras coisas, uma extensão ao quadro MAC para identificar a que VLAN este pertence. Essa extensão, denominada tag (etiqueta) e mostrada na figura abaixo, compõe-se de 4 bytes situados entre os campos de endereço de origem e Type. O identificador de VLAN (VID) ocupa 12 bits, o que possibilita portanto 4096 diferentes VLANs. Quadro ethernet com a TAG IEEE 802.1q A tag de VLAN, inserida em quadros Ethernet, está diretamente relacionada com os modos tagged e untagged de portas de switches. Portas em modo tagged transmitem e recebem quadros que possuem tag, e portas em modo untagged recebem e transmitem quadros que não possuem tag. Isso foi pensado para tornar a implantação de VLANs transparente para os usuários finais, pois seus computadores não precisarão saber que existem VLANs (i.e. não precisarão interpretar tags). Por isso equipamentos que não interpretam tags são denominados VLAN-unaware (desconhecem VLAN), e equipamentos que recebem e transmitem quadros com tag são referidos como VLAN-aware (conhecem VLAN). Exemplo: simulador de switch com VLAN: Esta animação possibilita simular a configuração de VLANs em um switch, e efetuar testes de transmissão. Experimente criar diferentes VLANs e observar o efeito em transmissões unicast e broadcast (clique na figura para acessar o simulador). Arquivo:2960 pbr.pdf Links úteis | Comandos Comandos

31/08/16: LAN

Aula 7

Agregação de enlace Após implantada é natural que uma rede cresça ou tenha sua topologia alterada. Assim, seu dimensionamento, pensado (espera-se) cuidadosamente durante seu projeto, pode não ser mais o ideal ou mesmo tornar-se inadequado. Isso é particularmente observado nos equipamentos que interligam a rede, tais como switches de núcleo (core switches). Num projeto de uma rede de médio ou grande porte, um ou mais switches de núcleo interligam os demais segmentos da rede. Desta forma, por esses switches potencialmente trafega uma grande quantidade de informação. Se os segmentos de rede forem ampliados, a quantidade de tráfego por esses switches possivelmente aumentará. Dependendo do caso, os enlaces entre esses switches e os segmentos de rede poderiam ficar saturados - isto é, não dariam mais conta da intensidade de tráfego que devem transportar. Nesse caso, uma saída poderia ser aumentar as capacidades desses enlaces. As capacidades de enlaces Ethernet de um switch são determinadas pelas tecnologias por ele suportadas. Isso quer dizer que uma porta de switch tem sua capacidade predefinida, e não há como modificá-la. No entanto, uma forma barata de aumentar a capacidade de enlaces Ethernet é agregar duas ou mais portas de switches para que operem como se fossem uma única porta. Essa técnica tem tanta utilidade que o IEEE (órgão que padroniza diversas tecnologias de camada física e enlace de redes), criou para ele uma norma específica chamada IEEE 802.1AX. A norma IEEE 802.1AX define como equipamentos devem implementar a agregação de enlaces (link aggregation). Graças a ela, switches de diferentes fabricantes podem interoperar. De acordo com essa norma, a agregação de enlaces implica agrupar portas do switch para operarem como uma única porta, como pode ser visto na figura abaixo. No entanto, cada porta individual mantém suas funções normalmente, com seu MAC trabalhando de forma independente. A agregação de enlaces faz com que os quadros sejam enviados de forma balanceada pelas portas agrupadas, assim distribuindo o tráfego entre elas. O interessante disso é que se uma porta perder comunicação (ex: o cabo for desconectado), o grupo de portas se ajusta para usar somente as portas que possuem comunicação. Assim, além de aumentar a capacidade de enlaces, essa técnica proporciona tolerância a falhas de portas ou enlaces individuais.

01/09/16: Wi-Fi

Aula 8

Padrão IEEE 802.11 Dentre as várias tecnologias de comunicação sem-fio existentes, o padrão IEEE 802.11 para redes locais tem ampla utilização. Conhecido popularmente como Wi-Fi (um trocadilho com Hi-Fi, uma qualidade atribuída a aparelhos de som e que significa High-Fidelity), está presente praticamente em todos os lugares hoje em dia - desde escolas, empresas, aeroportos, supermercados, restaurantes, cafés e residências, e até mesmo em espaços abertos de cidades (ver Cidades Digitais). Muitos dos problemas existentes nesse tipo de rede (alguns resolvidos e outros não), e características de funcionamento, são comuns a outras tecnologias menos conhecidas, porém também importantes em suas áreas de aplicação. Por isso nosso estudo se concentrará nesse padrão de redes sem-fio, para conhecê-lo com razoável profundidade. Como consequência, além de entender como funciona uma rede IEEE 802.11, os conhecimentos obtidos habilitarão a compreensão de outras tecnologias de redes sem-fio. Apresentaram-se as possíveis formas de organização de uma rede IEEE 802.11: Rede infraestruturada: uso de uma estação central, que intermedia as transmissões das demais estações. Rede Ad-Hoc: estações se comunicam livremente com suas estações vizinhas. Um conjunto de estações que se comunica via rede sem-fio é chamado de BSS (Basic Station Set) na terminologia IEEE 802.11. Um conjunto de dois ou mais BSS e chama ESS (Extended Station Set), como pode ser visto na figura abaixo: Já existem vários padrões IEEE802.11, como pode ser visto em [15]. MAC CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) O CSMA/CA definido na norma IEEE 802.11 implementa um acesso ao meio visando reduzir a chance de colisões. Numa rede sem-fio como essa, não é possível detectar colisões, portanto uma vez iniciada uma transmissão não pode ser interrompida. A detecção de colisões, e de outros erros que impeçam um quadro de ser recebido pelo destinatário, se faz indiretamente com quadros de reconhecimento (ACK). Cada quadro transmitido deve ser reconhecido pelo destinatário, como mostrado abaixo, para que a transmissão seja considerada com sucesso. Envio de um quadro de dados, com subsequente reconhecimento (ACK) O não recebimento de um ACK desencadeia uma retransmissão, de forma parecida com o procedimento de retransmissão do CSMA/CD ao detectar colisão. Antes de efetuar uma retransmissão, o MAC espera um tempo aleatório denominado backoff (recuo). Esse tempo é sorteado dentre um conjunto de possíveis valores que compõem a Janela de Contenção (Cw - Contention Window), representados no intervalo [0, Cw]. O valor de Cw varia de $Cw_{min}$ (15 para IEEE 802.11g e 31 para 802.11b) a $Cw_{max}$ (1023), e praticamente dobra a cada retransmissão de um mesmo quadro. A figura abaixo ilustra as janelas de contenção para retransmissões sucessivas. Backoff para retransmissões sucessivas